(57)【要約】  熱ポーリングによって、少なくとも１つの被処理非晶質無機材料（１０）の内部に空間的に制御された屈折率勾配を誘起するための装置（１）であって、前記装置（１）は、  被処理材料（１０）の表面上または表面に近接して配置された構造化電極（２０）を備え、  前記装置（１）は、以下を特徴とする。  少なくとも１つの誘電材料（４０）を含む。  構造化電極（２０）は、少なくとも１つの導電領域と少なくとも１つの非導電領域とを備え、被処理非晶質無機材料（１０）と前記誘電材料（４０）との間に閉じ込められる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱ポーリングによって、少なくとも１つの被処理非晶質無機材料（１０）の内部に空間的に制御された屈折率勾配を誘起するための装置（１）であって、前記装置（１）が、
被処理材料（１０）の表面上または表面に近接して配置され、少なくとも３つの幾何学的パラメータによって規定された構造を有する構造化電極（２０）を備え、
前記装置（１）は、
装置が少なくとも１つの誘電材料（４０）を含み、
構造化電極（２０）が、少なくとも１つの導電領域と少なくとも１つの非導電領域とを備え、被処理非晶質無機材料（１０）と前記誘電材料（４０）との間に閉じ込められており、屈折率勾配が、構造化電極（２０）の構造を規定する少なくとも３つの幾何学的パラメータによって空間の３つの方向で制御されることを特徴とする、装置（１）。
【請求項２】
構造化電極（２０）が、空気または制御された雰囲気の体積に従って交互に配置された導電材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
構造化電極（２０）が、交互に配置された導電材料および非導電材料から作製された複合材料であることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項４】
構造化電極が、金属製グリッドから作製されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項５】
構造化電極が、電気絶縁基板上に堆積された電子導電層であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項６】
構造化電極（２０）の前記少なくとも３つの幾何学的パラメータが、
被処理誘電材料（１０）と閉じ込め誘電材料（４０）との間の距離（ａ）、
電位に接続された２つの導電領域間の距離（ｂ）、
被処理非晶質材料（１０）と直接接触している構造化電極（２０）の領域の大きさ（ｃ）、
であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項７】
被処理誘電材料（１０）と閉じ込め誘電材料との間の距離（ａ）が５０ｎｍから１ｍｍであり、２つの導電領域間の距離（ｂ）が０．１μｍから１ｍｍであり、被処理非晶質材料（１０）と直接接触している構造化電極（２０）の領域の大きさ（ｃ）が１００ｎｍから１ｍｍであることを特徴とする、請求項６に記載の装置（１）。
【請求項８】
少なくとも第１の基準電極（６０、６１）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項９】
第１の基準電極（６１）および第２の基準電極（６２）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１０】
第１の基準電極（６１）が第１の基準電位（Ｖ１）に接続され、被処理材料（１０）と接触しており、第２の基準電極（６２）が第２の基準電位（Ｖ２）に接続され、誘電材料（４０）と接触していることを特徴とする、請求項９に記載の装置（１）。
【請求項１１】
熱ポーリングによって、非晶質誘電材料（１０）内に空間的に制御された屈折率勾配を誘起するための方法（１００）であって、
被処理非晶質材料（１０）と誘電材料（４０）との間に構造化電極（２０）を閉じ込める（ＣＯＮＦ）工程であって、前記構造化電極が、被処理材料（１０）の表面上または表面に近接して配置され、少なくとも３つの幾何学的パラメータによって規定された構造を有する工程と、
空間的に制御された屈折率勾配を誘起するために熱ポーリング処理を行う（ＴｈＰｏｌ）工程であって、屈折率勾配が、構造化電極の構造を規定する少なくとも３つの幾何学的パラメータによって空間の３つの方向で制御される工程と、
構造化電極を取り除く（ＲＥＭ）工程とを含む、方法（１００）。
【請求項１２】
所与の屈折率プロファイルを得ることを考慮した構造化電極の幾何学的特性の予備的（ＰＲＥ）規定の工程と、
電圧基準を提供する少なくとも１つの基準電極（６０、６１、６２）を配置する（ＲＥＦ）工程と、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法（１００）。
【請求項１３】
熱ポーリング処理（ＴｈＰｏｌ）が、被処理材料（１０）と誘電材料（４０）との間に閉じ込められた空間の領域内でプラズマを生成させることを含むことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法（１００）。
【請求項１４】
被処理非晶質無機材料（１０）が、カルコゲナイドガラスまたはソーダライムシリケート系の酸化物ガラスであり、誘電材料（４０）が、ソーダライムシリケート系の酸化物ガラスであり、構造化電極（２０）が、電気絶縁基板上に堆積され、部分的にアブレーションされて、交互に配置された導電領域および電気絶縁領域またはニッケルグリッドの構造化を誘導するＩＴＯの薄層であり、制御された雰囲気がＮ２によって形成される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１５】
空間の３つの方向で制御された屈折率勾配を有する非晶質無機材料（１１）。
【請求項１６】
請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法によって製造された、請求項１５に記載の非晶質無機材料（１１）。
【請求項１７】
マイクロレンズのアレイを備える、請求項１５または１６に記載の非晶質無機材料（１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、非晶質無機材料内の熱ポーリングによる屈折率勾配の構造化の分野に関する。本出願はまた、非晶質無機材料の内部に屈折率勾配を構築する方法に関する。さらに、本出願は、空間的に制御された屈折率勾配を有する非晶質無機材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
非晶質材料の内部に光学機能性を導入することに多大な研究努力が集中してきた。ガラスの内部に屈折率を空間的に構築することによって、いくつかの結果が達成されている（例えば、Ａ．Ｌ．Ｒ．Ｂｒｅｎｎａｎｄらによる、「Ｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｇｌａｓｓｅｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  ｆｉｅｌｄ−ｄｒｉｖｅｎ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｄｒｉｆｔ  ｏｆ  ｃａｔｉｏｎｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ第２７巻第１部、２００２年６月１日に掲載、を参照）。
【０００３】
非晶質材料の内部の屈折率を調整することによって得ることができる光学部品の例には、マイクロレンズまたはマイクロレンズアレイ、回折格子などの回折素子、および光導波路が挙げられる。
【０００４】
非晶質材料またはガラス内の屈折率の空間的構造化は、例えば、加熱されたガラスと加熱された液体混合物との間のイオン交換によって達成することができる。しかしながら、この技術の実施は、ガラスおよび関連する液体の化学組成の慎重な選択を必要とする。その結果、イオン交換技術は、少数の非晶質材料にしか適用できない。さらに、得られた光学素子は、電磁スペクトルの限られた部分にしか適合しない。しかも、屈折率勾配の完全な空間的制御は、この技術では達成することが不可能である。
【０００５】
屈折率を空間的に構築するために使用される別の技術には、熱ポーリングがある。熱ポーリングは、構造化電極を用いて、前もって加熱された被処理材料に静電位を印加することからなる。次いで、静電位を印加したまま材料を冷却する（例えば、Ｌａｕｒｅｎ  Ｈ．Ｆｌｅｍｉｎｇらによる、「Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｏｆ  ｇｌａｓｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、第５巻、１６７４ページ、２０１５年；Ａ．Ａ．Ｌｉｐｏｖｓｋｉｉらによる、「Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｐｈａｓｅ／ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｏｎ  ｇｌａｓｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｏｌｉｎｇ」、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｏｎｉｃｓ、第１８１巻、８４９ページ、２０１０年；Ｖ．Ｖ．Ｒｕｓａｎらによる、「Ａ  ｎｅｗ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｇｌａｓｓｅｓ」、Ｇｌａｓｓ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第３６巻第４部、５１３ページ、２０１０年を参照）。
【０００６】
微視的観点から、熱ポーリングは、非晶質材料の内部にカチオンの空間的再分布をもたらす。実際、高温のために、イオンの移動度は増大する。印加された電位は電極からカチオンを遠ざけ、その結果、材料内部に電荷および質量の再分布が生じ、それにより、屈折率の変態がもたらされる。
【０００７】
それにもかかわらず、先行技術で知られているような熱ポーリングによる屈折率の構造化は、いくつかの欠点を有する。
【０００８】
標準的な熱ポーリングの適用では、カチオンは、被処理材料の表面に対してほぼ垂直な電気力線に沿って移動する（例えば、Ａ．Ａ．Ｌｉｐｏｖｓｋｉｉらによる出版物、「Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｐｈａｓｅ／ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｏｎ  ｇｌａｓｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｏｌｉｎｇ」の図１参照）。
【０００９】
この電場構成は、被処理材料の表面に平行な方向へのカチオンの運動を強く制限する。その結果、屈折率勾配は、空間の３つの方向で完全には制御されない。
【００１０】
これは主に、構造化電極の階段形状によるものであり、構造化電極の階段形状は、被処理材料の表面に印加される電位を急激に変化させる。実際、表面に印加される電位は、電極と被処理材料との間の接触領域ではそれに対応して高く、電極が表面と接触していない場所では低い。
【００１１】
得られた屈折率プロファイルは、表面に印加された電位のこれらの変化に密接に従い、高電位領域に対応して屈折率が低く、低電位領域に対応して屈折率が高くなる。
【００１２】
標準的な熱ポーリング技術では、例えば、印加する電位の強度と、電極の幾何学的構造とを制御することによって、高屈折率領域と低屈折率領域との間の屈折率コントラストを制御することが可能である。
【００１３】
しかし、低屈折率領域から高屈折率領域への遷移の滑らかさを制御することは不可能であり、この遷移は極めて急峻に起こる。言い換えれば、標準的な熱ポーリングの適用では、材料表面に平行な屈折率勾配は完全には制御されていない。
【００１４】
例えば、標準的な熱ポーリング技術を用いて、構造化電極の階段形状に密接に従う屈折率の変態を得ることが可能である。しかし、より大きな長さのスケール、例えば約数百マイクロメートルの屈折率の比較的滑らかな周期的変化を達成することは不可能である。
【００１５】
これは、熱ポーリングによって得られる光学装置の製造の限界である。
【００１６】
例えば、標準的な熱ポーリング屈折率の構造化では、マイクロレンズのアレイの製造は不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ａ．Ｌ．Ｒ．Ｂｒｅｎｎａｎｄら、「Ｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｇｌａｓｓｅｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  ｆｉｅｌｄ−ｄｒｉｖｅｎ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｄｒｉｆｔ  ｏｆ  ｃａｔｉｏｎｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ第２７巻第１部、２００２年６月１日
【非特許文献２】Ｌａｕｒｅｎ  Ｈ．Ｆｌｅｍｉｎｇら、「Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｏｆ  ｇｌａｓｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、第５巻、１６７４ページ、２０１５年
【非特許文献３】Ａ．Ａ．Ｌｉｐｏｖｓｋｉｉら、「Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｐｈａｓｅ／ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｏｎ  ｇｌａｓｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｏｌｉｎｇ」、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｏｎｉｃｓ、第１８１巻、８４９ページ、２０１０年
【非特許文献４】Ｖ．Ｖ．Ｒｕｓａｎら、「Ａ  ｎｅｗ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｇｌａｓｓｅｓ」、Ｇｌａｓｓ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第３６巻第４部、５１３ページ、２０１０年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、例えば、三次元、および最大数百マイクロメートルの長さスケールで屈折率勾配の空間的制御を提供することによって、これらの問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、熱ポーリングによって、少なくとも１つの被処理非晶質無機材料の内部に空間的に制御された屈折率勾配を誘起するための装置を説明し、前記装置は、被処理材料の表面上または表面に近接して配置された構造化電極を備え、前記装置は、以下を特徴とする。
−  少なくとも１つの誘電材料を含む。
−  構造化電極は、少なくとも１つの導電領域と少なくとも１つの非導電領域とを備え、被処理非晶質無機材料と前記誘電材料との間に閉じ込められる。
【００２０】
「非晶質無機材料」とは、生物由来でない非晶質材料を意味する。
【００２１】
以下、「被処理非晶質無機材料」、「被処理非晶質材料」または「被処理材料」の表記は同一の要素を意味し、同義語として解釈される。
【００２２】
「構造化電極」とは、所定の特別に設計された形状を有する電極を意味する。構造化電極は、少なくとも１つの導電領域と、少なくとも１つの非導電領域とを備える。少なくとも１つの非導電領域は、被処理材料と誘電材料とを接続する。
【００２３】
「誘電材料」は、非電子伝導体材料である。
【００２４】
空間的に制御された屈折率勾配とは、屈折率が空間の三次元で制御されることを意味する。
【００２５】
被処理材料の表面上に構造化電極を配置するとは、構造化電極の少なくとも一部が、被処理材料と直接接触していることを意味する。
【００２６】
１つの材料の「表面に近接して」構造化電極を配置するとは、電極が表面と直接接触していないが、被処理材料の内部に電場を生じさせるのに十分に近いことを意味する。さらに、電場は、被処理材料の内部に屈折率勾配を生じさせるのに十分強い。
【００２７】
被処理無機非晶質材料は、各層が異なる化学組成を有する層の積み重ねによって形成することができる。
【００２８】
誘電材料も、層の積み重ねによって形成することができる。
【００２９】
本発明は、空間の三次元に沿って、特に被処理材料の表面に平行な方向に沿って、屈折率勾配を慎重に制御することを可能にする。
【００３０】
これは、被処理非晶質誘電材料と第２の誘電材料との間に構造化電極を閉じ込めることによって達成される。閉じ込めによって、被処理非晶質材料の表面に平行な平面内でのカチオンの運動をさらに効率的に制御する。
【００３１】
以下、「平行電流」とは、被処理材料の表面に対して平行な方向に移動するカチオンによって形成される荷電電流を意味する。
【００３２】
誘電材料の存在は、被処理材料の表面の近くおよび被処理材料の内部の電気力線の方向を変更する。この変更は、被処理非晶質無機材料の表面に平行な電場の成分をもたらす。電場のこの平行成分のために、カチオンが、非晶質材料の表面に平行な方向に沿ってさらに効率的に移動する。
【００３３】
材料の屈折率は局所電荷および質量密度に直接関連しており、屈折率勾配は被処理材料内で完全に空間的に制御される。
【００３４】
さらに、電極の閉じ込めにより、構造化電極の２つの導電部の間の空の領域にプラズマの形成を観察することができる。プラズマは、被処理材料の表面に平行な方向に沿って電荷の移動を促進する。その結果、プラズマは平行電流をさらに増加させる。この効果は、非晶質材料表面に平行な方向での屈折率勾配の空間的制御を大幅に増大させる。
【００３５】
注目すべきことに、本発明を用いて得られ、電荷および質量密度の再分布による屈折率の変化は、数１０−１にもなり得る。
【００３６】
被処理材料の組成に応じて、本発明による装置を使用することによって、表面のトポロジーの変化を回避することができることは注目に値する。マイクロレンズアレイなどの集積光学素子を実現するためには、被処理材料の表面の平坦性を維持することが重要である。
【００３７】
非限定的な実施形態では、構造化電極は、空気または制御された雰囲気の体積に従って交互に配置された導電材料を含む。
【００３８】
非限定的な実施形態では、構造化電極は、交互に配置された導電材料および非導電材料から作製された複合材料である。
【００３９】
非限定的な実施形態では、構造化電極は金属製グリッドから作製される。
【００４０】
非限定的な実施形態では、構造化電極は、電気絶縁基板上に堆積された電子導電層である。
【００４１】
非限定的な実施形態では、構造化電極は、電気絶縁基板上に堆積され、レーザーアブレーションによって構造化されたＩＴＯの層である。
【００４２】
非限定的な実施形態では、本発明による装置は、少なくとも１つの基準電極またはカソードを備える。
【００４３】
非限定的な実施形態では、基準電極は、被処理材料と接触して接地される。
【００４４】
非限定的な実施形態では、基準電極は、被処理材料と接触しており、構造化電極に接続されている電位とは異なる電位に接続されている。
【００４５】
非限定的な実施形態では、本発明による装置は、第１の基準電極を備える。
【００４６】
非限定的な実施形態では、本発明による装置は、第１および第２の基準電極を備える。
【００４７】
非限定的な実施形態では、第１の基準電極は、第１の基準電位に接続され、被処理材料と接触しており、第２の基準電極は、第２の基準電位に接続され、誘電材料と接触している。
【００４８】
非限定的な実施形態では、第１の基準電極は第１の電位に接続され、第２の基準電極は第２の電位に接続される。
【００４９】
非限定的な実施形態では、第１および第２の基準電極は接地されている。
【００５０】
非限定的な実施形態では、屈折率勾配は、構造化電極の少なくとも３つの幾何学的寸法によって制御され、前記少なくとも３つの幾何学的寸法は、以下の通りである。
−  被処理誘電材料と閉じ込め誘電材料との間の距離。
−  電位に接続されている２つの導電領域間の距離。
−  被処理非晶質材料と直接接触している構造化電極の領域の大きさ。
【００５１】
非限定的な実施形態では、被処理誘電材料と閉じ込め誘電材料との間の距離は５０ｎｍから１ｍｍであり、２つの導電領域間の距離は０．１μｍから１ｍｍであり、被処理非晶質材料と直接接触している構造化電極の領域の大きさは、１００ｎｍから１ｍｍである。
【００５２】
非限定的な実施形態では、本発明による装置は、熱ポーリング処理が行われる雰囲気を制御するためのガスセルを備える。
【００５３】
非限定的な実施形態では、ガスセルは、一定のガス流および／または一定の圧力を維持する。
【００５４】
非限定的な実施形態では、セルに使用されるガスは、Ｎ２、Ａｒまたは他の任意の不活性ガスである。
【００５５】
本発明の別の態様は、非晶質誘電材料内に空間的に制御された屈折率勾配を誘起する方法であって、以下の工程を含む方法である。
・  被処理非晶質材料と別の誘電材料との間に構造化電極を閉じ込める工程であって、前記構造化電極が、被処理材料の表面上または表面に近接して配置される工程。
・  熱ポーリング処理を行う工程。
・  電極を取り除く工程。
【００５６】
非限定的な実施形態では、方法はさらに以下の工程を含む。
・  所与の屈折率プロファイルを得ることを考慮した構造化電極の幾何学的特性の予備的規定の工程。
・  電圧基準を提供する少なくとも一つの基準電極を配置する工程。
【００５７】
非限定的な実施形態では、プラズマの生成は、熱ポーリング処理中に、被処理材料１０と誘電材料４０との間に閉じ込められた空間の領域内で起こる。
【００５８】
非限定的な実施形態では、熱ポーリング処理は、被処理材料１０と誘電材料４０との間に閉じ込められた空間の領域内でプラズマを生成させることを含む。
【００５９】
非限定的な実施形態では、被処理非晶質無機材料は、カルコゲナイドガラスまたはソーダライムシリケート系の酸化物ガラスである。誘電材料は、ソーダライムシリケート系の酸化物ガラスである。構造化電極は、電気絶縁基板上に堆積され、部分的にアブレーションされて、交互に配置された導電領域および電気絶縁領域またはニッケルグリッドの構造化を誘導するＩＴＯの薄層であり、制御された雰囲気はＮ２によって形成される。
【００６０】
本発明の別の目的は、空間の３つの方向で制御された屈折率勾配を有する無機材料である。
【００６１】
非限定的な実施形態では、屈折率勾配は、空間の少なくとも１つの方向で周期的である。
【００６２】
非限定的な実施形態では、空間の３つの方向で制御された屈折率勾配を有する無機材料は、本発明による方法を用いて製造される。
【００６３】
非限定的な実施形態では、本発明による無機材料はマイクロレンズのアレイを備える。
【００６４】
本発明の他の態様および利点は、以下の説明を読み、添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１ａ】本発明による熱ポーリングによって屈折率を構築するための装置の第１の構成を示す図である。
【図１ｂ】従来技術による熱ポーリングによって屈折率を構築するための装置を示す図である。
【図１ｃ】本発明による装置の第２の構成を示す図である。
【図１ｄ】本発明による装置の第３の構成を示す図である。
【図２ａ】アノード下の深さの関数としての原子状Ｎａ＋イオンの密度を示す図である。
【図２ｂ】本発明に従って得られた屈折率プロファイルの断面図の図を示す。
【図３ａ】標準的な熱ポーリング構成における電気力線を示す図である。
【図３ｂ】本発明によって説明される熱ポーリング構成における電気力線を示す図である。
【図４ａ】構造化電極がニッケルグリッドであり、被処理材料がソーダライムシリケートガラスである場合の本発明の適用を示す図である。
【図４ｂ】構造化電極がニッケルグリッドであり、被処理材料がソーダライムシリケートガラスである場合の本発明の適用を示す図である。
【図４ｃ】本発明によって誘起された処理後の無機非晶質材料の表面に平行な方向における空間座標の関数としてのＮａイオンの密度を示す図である。
【図５ａ】電極がレーザーアブレーションによって構造化されたＩＴＯの薄層であり、被処理材料がカルコゲナイドガラスである場合の本発明の適用を示す図である。
【図５ｂ】電極がレーザーアブレーションによって構造化されたＩＴＯの薄層であり、被処理材料がカルコゲナイドガラスである場合の本発明の適用を示す図である。
【図６】構造化電極の関連する幾何学的パラメータを示す図である。
【図７】本発明を実施するための方法に含まれる工程を示す図である。
【図８】屈折率プロファイルに対する幾何学的パラメータａの影響を示す図である。
【図９】屈折率プロファイルに対する幾何学的パラメータｂの影響を示す図である。
【図１０】屈折率プロファイルに対する幾何学的パラメータｃの影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
非晶質無機材料の熱ポーリング処理は、材料内部の屈折率の変態化からなる。これは、被処理材料の内部の電荷および質量の空間的再分布によって達成される。
【００６７】
屈折率勾配を誘起するための装置
非晶質無機材料１０の熱ポーリングのための標準的な装置が図１ｂに示されている。構造化電極または構造化アノード２０１は、電位Ｖに接続され、被処理非晶質無機材料１０と接触している。非晶質無機材料１０はまた、基準電極６０またはカソードに接続されている。基準電極６０は、図１ｂに示されるように接地されているか、基準電位に接続され得る。
【００６８】
温度Ｔが上昇すると、材料１０内に存在するカチオンの移動度が増大する。
【００６９】
カチオンは、無機非晶質材料１０内に天然に存在してもよく、または屈折率構築のために人為的に導入されてもよい。元のカチオン濃度が高いほど、達成可能な屈折率の変態は強くなる。
【００７０】
本発明による装置を図１ａに示す。
【００７１】
本発明によれば、構造化電極２０は、被処理非晶質無機材料１０と誘電材料４０との間に閉じ込められる。
【００７２】
構造化電極は、材料１０と材料４０とによって画定された空間の領域に配置されると、被処理材料１０と誘電材料４０との間に閉じ込められたと解釈される。
【００７３】
いくつかの閉じ込め構成が可能であり、本発明の同等の実現に対応する。一実施形態によれば、構造化電極２０は、被処理材料１０の表面および誘電材料４０の両方と接触している。別の実施形態によれば、構造化電極２０は、一方の材料の表面に近接し、他方の材料と接触している。別の実施形態によれば、構造化電極は、材料１０および４０の両方の表面に近接している。
【００７４】
一実施形態によれば、被処理材料１０は、層の積み重ねによって形成される。積み重ね内の各層は、異なる化学組成、例えば異なる濃度のカチオンを有することができる。
【００７５】
この実施形態の利点は、構造化電極２０との接触から保護するために、屈折率勾配を誘起しなければならない層の上に保護層を追加することが可能であることである。
【００７６】
一実施形態によれば、誘電材料４０もまた、各層が異なる化学組成を有する層の積み重ねによって形成される。
【００７７】
構造化電極または構造化アノード２０は電位Ｖに接続されている。
【００７８】
基準電極６０は、接地されるか、電位Ｖとは異なる電位に接続され得る。
【００７９】
さらに、ガスセル５０を使用して、熱ポーリング処理が行われる制御された雰囲気を提供する。
【００８０】
装置１はまた、非晶質材料１０の温度および／または熱ポーリングが行われる環境の温度を制御するための手段を備える。温度を制御するための手段は図に示されていない。
【００８１】
非晶質誘電材料１０と誘電材料４０との間に構造化電極２０を閉じ込めることにより、材料１０の表面に平行なカチオンの移動度の制御性を向上させることが可能になる。
【００８２】
実際、誘電材料４０の存在は、非晶質無機材料１０の内部の電極によって生成された電場の特性を変更する。構造化電極２０への正電位Ｖの印加は、カチオンの再分布をもたらす。
【００８３】
一実施形態によれば、電位Ｖは、１ｍｍの厚さの被処理材料１０のスラブに対して０．１ｋＶから５ｋＶの範囲で変化する。電位Ｖのこの範囲の値は、被処理材料１０の厚さとともに直線的に変化する。電位Ｖの値はまた、被処理材料の化学組成に依存する。
【００８４】
カチオンの再分布は、図２ａに示すように測定することができ、図２ａでは、Ｎａ＋イオンの密度がアノードからの距離の関数としてプロットされている。カチオンと電極２０の導電部との間の電気的な反発のために、カチオンが表面から押し出され、空乏領域が形成される。
【００８５】
局所電荷および質量密度の変更により、屈折率の変化が生じる。本発明による屈折率の構造の一例が図２ｂの図面に示されている。図２ｂは、本発明による装置を使用して材料１０に描かれた三次元屈折率プロファイルの断面図を示す。図２ｂには、誘電材料４０は示されていない。
【００８６】
図２ｂに表される断面図が、材料１０の内部に生成された三次元屈折率プロファイルを任意の方向に沿って切断することによって得られることは注目に値する。異なる切断方向を選択することによって、断面は異なる形状を有し得るが、以下で論じる特性は同じである。
【００８７】
図２ｂの黒線は、材料内部の所与の点での屈折率の値を表す。矢印ｄ１は、構造化電極と被処理材料との間の接触に対応する低屈折率領域の（表面から測定された）深さを示す。矢印ｄ４は、構造化電極と被処理材料との間に接触がない領域に対応する高屈折率領域の（表面から測定された）深さを示す。矢印ｄ３またはｄ３’は、屈折率が低い値から高い値に変化する距離を示す。角度θは、低屈折率領域から高屈折率領域に向かう際の屈折率プロファイルの遷移の急峻性を測定する。
【００８８】
本発明の利点は、パラメータｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ３’、ｄ４およびθを制御することが可能であることである。言い換えれば、本発明は、空間の三次元で屈折率勾配を制御することを可能にする。屈折率プロファイルの形状のこの柔軟性は、標準的な熱ポーリング装置では達成されない。
【００８９】
例えば、図１ｂに示すような標準的な熱ポーリング装置では、角度θおよび距離ｄ３または距離ｄ３’は非常に小さい。これは、低屈折率領域から高屈折率領域への遷移が非常に急峻であることを意味する。
【００９０】
標準的な熱ポーリング技術では、距離ｄ３を数百マイクロメートルまで増大させることは不可能であり、低屈折率から高屈折率への遷移は常に急峻である。
【００９１】
本発明は、図１ａ、図１ｃまたは図１ｄに示される装置１によってこの問題を解決し、０．１μｍから１ｍｍのｄ３またはｄ３’の値と、それに対応してさらに高いθの値とを可能にする。特に本発明は、０．１μｍから５００μｍのｄ３’を有する屈折率勾配の三次元制御を可能にする。
【００９２】
本発明によって得られた種類の屈折率プロファイルを使用して、材料１０に埋め込まれたマイクロレンズのアレイを形成することができることは注目に値する。しかし、標準的な熱ポーリングでは、図２ｂの距離ｄ３によって識別される方向にわたって空間勾配を制御することが困難であるという事実のために、マイクロレンズのアレイの製造は達成不可能である。
【００９３】
本発明は、被処理材料の内部の電気力線を制御することによって、図２ｂに示される屈折率勾配の三次元制御を達成する。
【００９４】
閉じ込めによる電場の変更は、図３ａと図３ｂとを比較することによって明らかである。図３ａおよび図３ｂは、静電位Ｖが印加された際に構造化電極２０によって生成された電気力線を計算することによって得られたシミュレーションである。
【００９５】
図３ａは、図１ｂに示されている装置のように、熱ポーリング用の標準的な装置によって生成された電気力線を示している。
【００９６】
構造化電極２０１は導電体であり、電気力線はその表面に対してほぼ垂直である。その結果、材料１０内部の電場は、非晶質無機材料１０の表面に対してほぼ垂直である。
【００９７】
図３ｂは、本発明による図１ｃに示された熱ポーリングのための装置によって生成された電気力線を示す。
【００９８】
構造化電極２０が誘電体４０と無機誘電材料１０との間に閉じ込められると、電気力線の方向が変化する。さらに具体的には、非晶質無機材料１０の内部では、電気力線は材料１０の表面に対してほぼ平行である。これは、表面に平行な電場の非ゼロ成分が存在することを意味する。
【００９９】
図３ｂの電場の平行成分は、カチオンの平行移動の良好な制御をもたらし、その結果、材料１０内部の屈折率勾配が良好に制御される。
【０１００】
さらに、非晶質無機材料１０と誘電材料４０との間の空間に、プラズマの形成を観察することができる。プラズマは、材料１０内部の電荷の輸送を促進し、その結果、カチオンの平行移動をさらに向上させる。
【０１０１】
図１ｃに示される実施形態によれば、２つの基準電極６１および６２が使用される。基準電極６１は被処理材料１０と接触しており、基準電極６２は誘電材料４０と接触している。両基準電極は接地されているか、構造化電極２０に接続されている電位Ｖとは異なる同じ電位に接続されている。
【０１０２】
図１ｃに示される構成の利点は、被処理材料１０の内部の電場の平行成分に対する良好な制御を得ることである。
【０１０３】
本発明による装置１の別の実施形態を図１ｄに示す。この場合、２つの基準電極６１および６２は、異なる基準電位Ｖ１およびＶ２に接続されている。基準電位Ｖ１とＶ２とは異なっていても等しくてもよい。
【０１０４】
図１ｄに示される構成の利点は、被処理材料１０の内部の電場の方向に対する良好な制御を得ることである。
【０１０５】
構造化電極
構造化電極２０は、空気または制御された雰囲気の体積に従って交互に配置された導電材料を含む。
【０１０６】
非限定的な実施形態では、構造化電極２０は、図４ｂに示されるニッケルグリッドのような金属製グリッドである。
【０１０７】
この実施形態の利点は、電場の平行成分を得るために、被処理非晶質無機材料１０の内部に電場を設計することである。
【０１０８】
この実施形態の別の利点は、空気または制御された雰囲気の体積中でプラズマを形成することを可能にすることであり、このプラズマは、非晶質無機材料１０内の平行電流をさらに増強する。
【０１０９】
非限定的な実施形態では、構造化電極２０はまた、電気絶縁基板上に堆積され、レーザーアブレーションによって構造化されたＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の層とすることができる。
【０１１０】
電極２０の幾何学的構造の一例を図６に示す。電極２０の幾何学的構造は３つのパラメータの値によって特徴付けられる。
−  被処理誘電材料１０と閉じ込め誘電材料４０との間の距離ａ。
−  電位に接続された２つの導電領域間の距離ｂ。
−  被処理非晶質材料１０と直接接触しているか近接している構造化電極２０の領域の大きさｃ。
【０１１１】
熱ポーリング処理の他の関連パラメータとともに距離ａ、ｂおよびｃを慎重に選択することによって、被処理材料１０の内部に描かれる屈折率プロファイルの空間的特徴を直接制御することができる。
【０１１２】
さらに具体的には、構造化電極２０の幾何学的パラメータおよび熱ポーリング処理の他の物理的パラメータは、図６の距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ３’および角度θに関連している。
【０１１３】
例えば、距離ｃは図６の距離ｄ２に関連している。距離ｄ１は、構造化電極に印加される電位Ｖによって制御される。最後に、距離ｄ３またはｄ３’は、処理中に材料１０内に生成される平行電流の量に依存する。平行電流の量は、生成されたプラズマの量、印加電位Ｖ、適用温度Ｔなどのいくつかのパラメータによって決定される。
【０１１４】
一実施形態によれば、被処理誘電材料１０と閉じ込め誘電材料４０との間の距離ａは、５０ｎｍから１ｍｍである。
【０１１５】
被処理材料１０と誘電材料４０との間の間隙ａの大きさは、熱ポーリング処理中に形成されるプラズマの量を制御する。
【０１１６】
間隙ａが大きいほど、形成されるプラズマの量が多くなり、材料１０内の平行電流が増加する。
【０１１７】
本発明の一実施形態によれば、２つの導電領域間の距離ｂは０．１μｍから１ｍｍであり、被処理非晶質材料１０と直接接触している構造化電極２０の領域の大きさｃは１００ナノメートルから１ｍｍである。
【０１１８】
ｂに小さな値を選択する利点は、短い長さで屈折率の構築を達成することである。
【０１１９】
制御された雰囲気
本発明の別の実施形態によれば、装置１は、熱ポーリング処理が行われる雰囲気を制御するためのガスセル５０を備える。
【０１２０】
制御された雰囲気の使用は、熱ポーリング処理中に、制御された雰囲気を形成するガスと被処理材料１０との間の電荷の交換を制限するのに有用である。
【０１２１】
例えば、処理が空気中で行われる場合、空気中の水の存在によって引き起こされる空気から到来するイオンによって、材料１０が汚染される可能性がある。これらの影響は、材料内部の正確な屈折率プロファイルの実現にとって有害である。
【０１２２】
反対に、熱ポーリング処理が真空下で行われる場合、無機非晶質材料１０と誘電材料４０との間の間隙でプラズマは形成されない。その場合、材料１０内に平行電流を生成する際に、装置１の効率が悪くなる。
【０１２３】
制御された雰囲気にとって良好な選択は不活性ガスである。不活性ガスの例には、Ｎ２またはＡｒが挙げられる。これらの不活性ガスを選択することにより、ガスから被処理材料１０への電荷移動を制限する。それにもかかわらず、ガスは間隙内でのプラズマ形成を可能にし、これは材料１０内の平行電流を増強するのに有益である。
【０１２４】
本発明の別の実施形態によれば、ガスセル５０は、一定のガス流および／または一定の圧力を維持する。
【０１２５】
装置１は、ガスセル５０内部の制御された雰囲気のパラメータを調整するための手段（図示せず）も含む。パラメータは、とりわけガス組成、ガス温度、ガス密度および圧力を含む。制御された雰囲気を調整するための手段は、圧力制御装置、温度制御装置、ガス組成制御装置を含み、ガスセルの外部または内部に配置することができる。
【０１２６】
屈折率勾配を誘起するための方法
本発明の一部は、熱ポーリングによって、非晶質誘電材料１０内に空間的に制御された屈折率勾配を誘起するための図７に示される方法１００であって、少なくとも以下の工程を含む方法１００である。
・  所与の屈折率プロファイルを得ることを考慮した構造化電極２０の幾何学的特性の予備的規定（ＰＲＥ）の工程。
・  被処理非晶質材料１０と別の誘電材料４０との間に構造化電極２０を閉じ込める（ＣＯＮＦ）工程であって、前記構造化電極が、被処理材料１０の表面上または表面に近接して配置される工程。
・  電圧基準を提供する少なくとも基準電極６０を配置する（ＲＥＦ）工程。
・  熱ポーリング処理を行う（ＴｈＰｏｌ）工程。
・  構造化電極２０を取り除く（ＲＥＭ）工程。
【０１２７】
予備的工程ＰＲＥは、構造化電極２０の幾何学的特性の規定からなる。
【０１２８】
熱ポーリング処理の他の物理的パラメータとともに、構造化電極２０の幾何学的特性を選択することは、無機非晶質材料１０に描かれる屈折率プロファイルを考慮して行われる。
【０１２９】
構造化電極２０の幾何学的特性の調整は、材料１０内部の所望の屈折率プロファイルを調整するためのいくつかの自由度を提供することに留意することが重要である。
【０１３０】
工程ＣＯＮＦは、被処理材料１０と誘電材料４０との間に構造化電極を閉じ込めることからなり、材料１０内部の平行電流を増強するのに特に有用である。
【０１３１】
工程ＣＯＮＦの間、構造化電極２０の閉じ込めは、上述したいくつかの構成のうちの１つに従って実現することができる。
【０１３２】
平行電流は、材料１０の表面に平行な方向に沿って屈折率勾配を空間的に制御するために必要である。
【０１３３】
さらに、電極２０を閉じ込めることにより、被処理材料１０と誘電材料４０との間に間隙が生じる。この間隙により、熱ポーリング処理中にプラズマを形成することが可能になる。プラズマは、被処理材料１０の内部の平行電流をさらに増強する。
【０１３４】
言い換えれば、熱ポーリング処理ＴｈＰｏｌは、被処理材料１０と誘電材料４０との間に閉じ込められた空間の領域内でプラズマを生成させることを含む。
【０１３５】
２つの誘電材料１０と４０との間の閉じ込めにより、プラズマはさらに長い距離に沿って伝播することができる。これにより、最大１ｍｍの距離に沿って屈折率の変化を得ることと、空間の３つの方向で屈折率勾配を良好に制御することとが可能になる。
【０１３６】
工程ＲＥＦは、少なくとも基準電極６０を配置することからなる。電極６０は、熱ポーリング処理中に電圧基準を提供し、例えば、接地されるか、Ｖとは異なる電位に接続され得る。
【０１３７】
図１ｃの第２の構成が使用される場合、工程ＲＥＦ中に、２つの基準電極６１および６２が配置される。電極６１は被処理材料１０と接触して配置され、電極６２は誘電体４０と接触して配置される。基準電極６１および６２は、接地されるか、Ｖとは異なる電位に接続され得る。
【０１３８】
図１ｄの第３の構成が使用される場合、工程ＲＥＦ中に、２つの基準電極６１および６２が配置される。この場合、２つの基準電極６１および６２は、基準電位Ｖ１およびＶ２に接続される。
【０１３９】
工程ＴｈＰｏｌは、熱ポーリング処理を行うことからなる。
【０１４０】
熱ポーリング処理の間、被処理材料１０の温度は摂氏数百度まで上昇する。温度の上昇は、カチオンの移動度を増大させて、カチオンの移動と、材料１０内部の電荷の再分布とを容易にする。
【０１４１】
被処理材料１０の内部のカチオン分布を変化させるために、構造化電極２０を介して電位Ｖが印加される。基準電極６１、６２を介して他の電位Ｖ１、Ｖ２を印加することができる。
【０１４２】
所望の屈折率プロファイルを得るためには、温度Ｔおよび電位Ｖ、Ｖ１、Ｖ２の選択が重要である。所与の目標屈折率プロファイルでは、これらのパラメータの値は被処理材料１０および誘電材料４０に依存する。
【０１４３】
目標屈折率プロファイルが得られたら、構造化電極２０を電位Ｖに保ちながら被処理材料を冷却する。
【０１４４】
工程ＲＥＭは、構造化電極２０および／または誘電材料４０および／または基準電極６０、６１、６２を取り除くことからなる。
【０１４５】
この工程は、屈折率が内部に構築された材料１１を回収するために必要である。材料１１は処理後の被処理材料１０である。例えば、材料１１に埋め込まれた光学素子は、工程ＲＥＭの後に使用することができる。
【０１４６】
一実施形態によれば、基準電極６０は、図１ａに示されるように、構造化電極２０と接触していない材料１０の表面に配置することができる。基準電極６０は、接地されるか、Ｖとは異なる電位に接続され得る。
【０１４７】
別の実施形態によれば、図８ａに示すように、２つの基準電極６１、６２を使用することができる。例えば、第１の基準電極６１が被処理材料１０に接続され、第２の基準電極６２が誘電材料４０に接続される。２つの基準電極６１、６２が使用される場合、それらは２つの異なる電位Ｖ１およびＶ２に接続され得る。
【０１４８】
電位Ｖ１および電位Ｖ２は同じ値でもよい。
【０１４９】
構造化電極６１、６２を異なる電位Ｖ１、Ｖ２に接続すると、図３ｂの電気力線の対称性が変化することは注目に値する。結果として、電位Ｖ、Ｖ１およびＶ２の値を調整して、材料１０内部の荷電電流を良好に制御することができる。
【０１５０】
図１ａ、図１ｃおよび図１ｄに示される構成は、材料１０内部の電気力線のわずかに異なる向きに対応する。これらの異なる構成の選択は、目標屈折率プロファイルと被処理無機非晶質材料１０の組成とに基づいて行われる。
【０１５１】
また、誘電材料４０の選択は、構造化電極２０の周りおよび被処理非晶質材料１０の内部の電気力線の方向を規定する役割を果たす。例えば、異なる抵抗率を有する誘電材料４０を選択することによって、電気力線の方向を変化させることができる。その場合、誘電材料４０の抵抗率は、被処理材料１０の内部の平行電流を調整するために使用することができる別のパラメータである。
【０１５２】
本発明の一実施形態によれば、被処理非晶質無機材料１０は、カルコゲナイドガラスまたはソーダライムシリケート系の酸化物ガラスである。誘電材料４０は、ソーダライムシリケート系の酸化物ガラスである。構造化電極２０は、電気絶縁基板上に堆積され、部分的にアブレーションされて、交互に配置された導電領域および電気絶縁領域またはニッケルグリッドの構造化を誘導する、ＩＴＯの薄層であり、制御された雰囲気はＮ２によって形成される。
【０１５３】
カルコゲナイドガラスおよびソーダライムシリケート系の酸化物ガラスは、その光学特性が電磁スペクトルの大部分に及ぶ広範囲の材料を含む。
【０１５４】
この系統内で被処理材料を選択することにより、大きな多様性が可能になる。実際、所与の電磁窓（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｗｉｎｄｏｗ）内で機能する光学装置を得ることが可能である。
【０１５５】
例えば、カルコゲナイドガラスは赤外光に対して透明であり、他の材料が適していない適用を可能にする。
【０１５６】
これらの材料は、本発明による方法を適用することができる材料の例にすぎないことに留意しなければならない。原則として、あらゆる無機非晶質材料が、本発明による熱ポーリング屈折率の構造化によく適している。
【０１５７】
構造化電極２０の製造技術を選択することによっても、本発明による方法の大きな多様性が可能になる。実際、電極のいくつかの形状および幾何学的寸法を選択することができる。
【０１５８】
例えば、構造化電極２０は、ガラス上に堆積されたＩＴＯの薄層のレーザーアブレーションによって得ることができる。そのような電極の例５１０が図５ｂに見られる。この場合、ＩＴＯ層の厚さは約１００から２００ｎｍであり、その結果、被処理材料１０と誘電体４０（この場合はガラス）との間に同じ大きさの間隙ａが生じる。
【０１５９】
誘起された屈折率勾配を有する材料
本発明の一態様は、空間の３つの方向で制御された屈折率勾配を有する非晶質無機材料１１に関する。
【０１６０】
一実施形態によれば、屈折率勾配は少なくとも１つの空間座標の周期関数である。
【０１６１】
非限定的な実施形態では、非晶質無機材料１１は、マイクロレンズのアレイをもたらす屈折率の変態を有する。
【０１６２】
マイクロレンズアレイを使用することができる光学範囲は、被処理無機非晶質材料１０の組成によって決定される。
【０１６３】
マイクロレンズアレイの光学特性は、構造化電極２０の幾何学的特性によって決定され、これが次いで屈折率プロファイルを決定する。マイクロレンズアレイの光学特性は、熱ポーリング処理のパラメータ（温度、電位、処理時間）によっても決定される。
【０１６４】
調整可能なマイクロレンズアレイの光学特性は、例えば、マイクロレンズの焦点距離、２つの隣接するレンズ間の距離、マイクロレンズの形状、およびマイクロレンズの位置決めである。
【０１６５】
本発明の利点は、アレイの２つの隣接するレンズ間の距離が良好に制御されているマイクロレンズのアレイを得ることである。言い換えれば、本発明によって得られるマイクロレンズのアレイは、構造化電極２０の設計によって制御された充填率を有する。
【０１６６】
本発明の別の利点は、アレイを形成するレンズの形状を制御することである。例えば、材料１０に八角形レンズを描くことができ、それによって、マイクロレンズアレイの充填率を１に近い値まで増加させることが可能になる。
【０１６７】
屈折率勾配の空間的制御によって、そのような非晶質無機材料にいくつかの光学装置を埋め込むことができる。興味深いことに、これらの光学装置はマイクロメートルサイズを有することができ、一体化され調整された光学機能性の導入に適合される。
【０１６８】
本発明によって得られる光学装置の例には、マイクロレンズアレイ、光回折素子および光導波路が挙げられる。
【０１６９】
本発明の別の実施形態によれば、構造化電極と非晶質無機材料１０との間の接触面に平行な方向に沿った屈折率の変化における特性長ｄ３’は、０．１μｍから５００μｍである。
【０１７０】
特性長ｄ３またはｄ３’は、屈折率が変化する長さの尺度である。
【０１７１】
この特性長ｄ３またはｄ３’は、被処理材料１０の表面に平行な方向に沿って測定される。
【０１７２】
本発明の別の実施形態によれば、非晶質無機材料１１は、上述の方法１００を用いて製造される。
【０１７３】
熱ポーリングによるこのような小型装置の実現は、本発明によって開示された技術的改善なしには不可能であろう。
【０１７４】
図４ａおよび図４ｂは、本発明の典型的な用途を示す。この場合、被処理非晶質無機材料１０および誘電材料４０はともに、ソーダライムシリケート系のガラスである。それらの透明性のために、これらの材料は可視光を使用する用途に特に有用である。
【０１７５】
この場合に使用される構造化電極２０は、ニッケルグリッド４１０である。処理後のガラス表面の光学像が、４２０によって表される。この場合、熱ポーリング処理による表面のトポロジー的変化は見られない。図４３０は、処理後にマイクロレンズのアレイが材料内部に形成されることを示す。４３０の各マイクロレンズの中心は、グリッド４１０の孔に対応する。図４４０は、隣接するマイクロレンズ間の空間的分離を示す図４３０の拡大図である。図４ｃは、処理後のＮａイオンの空間濃度を示す。ベル形プロファイルは１つのマイクロレンズに対応する。
【０１７６】
本発明に従って内部に屈折率が構築されている非晶質無機材料１０の別の例を図５ｂに示す。
【０１７７】
この場合、被処理材料１０はカルコゲナイドガラスであり、構造化電極２０はレーザーアブレーションされた薄いＩＴＯ層５１０である。円形孔は、電極が被処理材料１０の表面に配置された際の制御された雰囲気の体積に対応する。隣接する円形孔の間の領域は、被処理材料１０と接触している構造化電極２０の導電領域である。
【０１７８】
５２０は、熱ポーリング処理後の材料の表面を示す。注目すべきことに、ガラスの表面にはトポロジー的変化は検出されない。
【０１７９】
しかし、５３０に示されるように、材料内部の屈折率は均一ではない。輝点のそれぞれは、マイクロレンズの中心である高屈折率領域に対応する。各マイクロレンズの中心は、５１０で見える孔のうちの１つの中心に対応する。５３０には、異なる周期性を有するいくつかのアレイが示されている。
【０１８０】
５３０に示された結果は、本発明によって得られた屈折率の構造が、マイクロレンズのアレイを製造するのに十分に優れていることを実証している。
【０１８１】
また、５３０のアレイが、幾つかの行および列のマイクロレンズを含むことは注目に値する。本発明は、材料１０の大部分の同時構造化によく適合している。
【０１８２】
図８、図９および図１０は、それぞれ、図６に示す電極形状のパラメータａ、ｂおよびｃが屈折率プロファイルに及ぼす影響のいくつかの例を示す。カルコゲナイドガラスおよびソーダライムガラスの両方について、Ｐｈａｓｉｃｓ  ＳＩＤ４ｂｉｏ装置を用いて、屈折率の変化を測定した。
【０１８３】
パラメータａの影響。
【０１８４】
図８は、パラメータａ＝０．１μｍおよび４μｍの２つの値を有する２つの異なる電極形状によって分極したソーダライムガラスに得られた屈折率の変化を示す。
【０１８５】
両電極は、ｂ＝４０μｍおよびｃ＝１１μｍの等価パラメータを有する。
【０１８６】
同等の熱ポーリング処理条件を使用した：Ｎ２雰囲気下、３００℃、１ｋＶ。
【０１８７】
パラメータｂの影響。
【０１８８】
図９は、異なるパラメータｂ＝２０μｍ、４０μｍ、６０μｍおよび８０μｍを有する構造化電極によって熱ポーリングしたソーダライムガラスに得られた３Ｄ屈折率の変化を示す。
【０１８９】
この例の電極はいずれも、ａ＝０．１μｍおよびｃ＝１０μｍの等価パラメータを有する。
【０１９０】
同等の熱ポーリング処理条件を使用した：Ｎ２雰囲気下、３００℃、１ｋＶ。
【０１９１】
これらの場合、屈折率勾配プロファイルは、焦点距離が示される（０．２から３ｍｍまでの変化）マイクロレンズの形成を可能にする。
【０１９２】
図９ａ）は、ｂ＝２０μｍ、ａ＝０．１μｍおよびｃ＝１０μｍについて得られた屈折率プロファイルを表す。得られたマイクロレンズは、焦点距離ｆ＝０．２ｍｍを有する。
【０１９３】
図９ｂ）は、ｂ＝４０μｍ、ａ＝０．１μｍおよびｃ＝１０μｍについて得られた屈折率プロファイルを表す。得られたマイクロレンズは、焦点距離ｆ＝１．２ｍｍを有する。
【０１９４】
図９ｃ）は、ｂ＝６０μｍ、ａ＝０．１μｍおよびｃ＝１０μｍについて得られた屈折率プロファイルを表す。得られたマイクロレンズは、焦点距離ｆ＝１．８ｍｍを有する。
【０１９５】
図９ｄ）は、ｂ＝８０μｍ、ａ＝０．１μｍおよびｃ＝１０μｍについて得られた屈折率プロファイルを表す。得られたマイクロレンズは、焦点距離ｆ＝３ｍｍを有する。
【０１９６】
パラメータｃの影響：
図１０は、パラメータｃ＝５μｍおよび３０μｍに従って形状が変化する２つの電極によって分極したカルコゲナイドガラスに得られた屈折率の変化を示す。
【０１９７】
電極形状のパラメータａおよびｂは一定であり、それぞれａ＝１００ｎｍおよびｂ＝４０μｍである。
【０１９８】
同等の熱ポーリング処理条件を使用した：Ｎ２雰囲気下、２１０℃、１．１ｋＶ。
【図１ａ】
2019527182.tif 000003
【図１ｂ】
2019527182.tif 000004
【図１ｃ】
2019527182.tif 000005
【図１ｄ】
2019527182.tif 000006
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
2019527182.tif 000009
【図３ｂ】
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【図４ａ】
2019527182.tif 000011
【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
2019527182.tif 000015
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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